Analyse der funktionellen Ungleichwertigkeit der Notchliganden Delta1 und Delta4 in vitro und in vivo

• Antragsteller: Professor Dr. Achim Gossler
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 272080564

Der evolutionär konservierte Notch Signalübertragungsweg vermittelt die direkte Kommunikation zwischen benachbarten Zellen. Die Signalübertragung durch Notch ist von zentraler Bedeutung für eine Vielzahl von Entwicklungsprozessen in unterschiedlichen Organismen wie Nematoden, Insekten und Vertebraten. DLL1 und DLL4 sind zwei DSL Proteine in Säugern, die sich sowohl in ihrer Aminosäuresequenz (47% identische plus 14% ähnliche Aminosäuren) als auch Domänenstruktur (beide enthalten die selbe Anzahl von EGF-Wiederholungen und eine C-terminale PDZ Domänenbindungsequenz) ähneln und die beide als aktivierende Notchliganden wirken. Diese Liganden werden sowohl einzeln als auch in überlappenden Mustern während der Entwicklung und in adulten Geweben exprimiert. Im intestinalen Epithel werden DLL1 und DLL4 in Zellen der Krypten koexprimiert und haben eine redundante Funktion beim Erhalt der Kryptenvorläuferzellen. Im Thymus werden DLL1 und DLL4 gemeinsam im Thymusepithel exprimiert. Beide Liganden können, wenn sie in Stromazellen exprimiert werden, die Bildung von T-Zellen aus hämatopoietischen Vorläufern in vitro induzieren. In vivo aber ist DLL4 der essentielle Ligand für die T-Zellentwicklung. DLL4 bindet besser an Notchrezeptoren auf Thymozyten und eine geringere Konzentration von DLL4 auf der Zelloberfläche reicht für die Induktion der T-Zellentwicklung in vitro aus. Konsistent mit diesen Befunden haben biochemische Untersuchungen mit aufgereinigten Fragmenten von DLL1, DLL4 und NOTCH1 gezeigt, dass DLL4 eine etwa 10-fach höhere Bindungsaffinität zu NOTCH1 hat als DLL1.Überraschender Weise haben wir in unseren Vorarbeiten mit zwei Mausmodellen gefunden, dass DLL4 -trotz des stärkeren Potentials Notch zu aktivieren- DLL1 während der frühen Embryonalentwicklung funktionell nicht in der Somitogenese und Myogenese ersetzen kann, was auf grundlegende biochemische und funktionelle Unterschiede dieser beiden eng verwandten DSL Proteine hinweist. In diesem Projekt wollen wir die Hypothese überprüfen, dass spezifische Proteindomänen von DLL1 und DLL4 diesen Liganden unterschiedliche biochemische Eigenschaften verleihen und dadurch kontextabhängig zu nicht redundanten und redundanten Funktionen führen. Dazu werden wir chimäre DLL1/4 Ligandenproteine analysieren, bei denen verschiedene Proteindomänen ausgetauscht wurden. Chimäre Liganden werden sowohl in vitro im Hinblick auf ihr Notchaktivierungspotential und biochemische Eigenschaften untersucht, als auch mit Hilfe einer bereits etablierten Strategie während der Embryonalentwicklung in vivo. Diese Experimente sollten die biochemischen Eigenschaften der Notchliganden DLL1 und DLL4 identifizieren, die dem unterschiedlichen Verhalten im Hinblick auf Notch Aktivierung durch zwei eng verwandte DSL Proteine zugrunde liegen, und neue Erkenntnisse liefern wie dieser essentielle Signalübertragungsweg in vivo aktiviert und kontextabhängig feinreguliert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen